Il fattore di rapporto aria/gas influisce sulle emissioni dello scarico del motore, la combustione a miscela povera deve essere parte integrante della ingegnerizzazione del motore stesso. Conoscendo la teoria della combustione si può formulare un piano d’azione per ottenere il massimo risultato possibile in termini di efficienza e di rispetto ambientale da parte del processo di produzione energetico.
La composizione dell’atmosfera a livello chimico
- 20,9% Ossigeno presente nell’atmosfera, composto da due atomi per ogni molecola. Nella tavola degli elementi è denominato O2
- 78% Nitrogeno presente nell’atmosfera, è una gas inerte. Nella tavola degli elementi è denominato N2
Quasi il 99% dell’atmosfera è composto da questi due gas. L’ossigeno è importantissimo per la vita terrestre necessario per la sopravvivenza di tutti gli esseri viventi, la sua percentuale varia a seconda dell’altitudine. Le piante aiutano a mantenere costante il livello al 20,9% assorbendo il biossido di carbonio (CO2) scomponendolo con il processo di fotosintesi e rilasciandolo nuovamente come ossigeno. Il nitrogeno, presente per il 78%, è considerato un gas inerte perché non si lega facilmente con altri elementi chimici essendo composto da due molecole aggregate e quindi molto stabili.
Tracce di altri gas nell’atmosfera
Acqua: la sua concentrazione dipende dalla temperatura e dalla pressione. Nella tavola degli elementi è definita H2O.
Biossido di carbonio: la sua concentrazione si aggira attorno allo 0,034% sul totale dell’atmosfera. Nella tavola degli elementi è definito CO2.
Questi gas sono considerati tracce e occupano una piccola percentuale sul totale della composizione dell’atmosfera, la loro presenza è comunque molto importante. La formazione dell’acqua nell’atmosfera dipende da pressione e temperatura. Il biossido di carbonio è un altro gas traccia presente in atmosfera, la sua molecola è composta da un atomo di carbonio e due di ossigeno, viene prodotto dalla decomposizione di materia organica o dalla combustione. Consumato dai vegetali nella fotosintesi, scomposto e liberato in atmosfera come ossigeno è fondamentale per questo processo naturale. Assieme al metano è il gas che crea il maggior effetto serra sulla superficie terrestre.
Gas regolatori dell’atmosfera
Ozono : l’ozono è un componente raro, con effetti ambivalenti. L’ozono ubicato nella stratosfera protegge la terra dai raggi ultravioletti del sole (UVA) mentre l’ozono situato al di sotto di 16 km di altitudine diventa tossico, producendo smog fotochimico dannoso per tutti gli esseri viventi. L’ozono è prodotto dalla sollecitazione di frequenza che i raggi UVA producono nelle molecole di ossigeno disgregandole e facendole aggregare in tre atomi di ossigeno. Nella tavola degli elementi è definito O3.
Idrocarburi : esistono diversi tipi di idrocarburi, con diversi tipi di molecole aggregate ma sempre composti da carbonio e idrogeno. Alcuni contribuiscono alla formazione di smog fotochimico e sono altamente venefici mentre il metano facente parte degli idrocarburi presenti in atmosfera non viene considerato tossico. Nella tavola degli elementi vengono racchiusi e definiti NMHC.
Monossido di carbonio : il monossido di carbonio si presenta senza odore e senza colore, è un elemento estremamente tossico e si presuppone contribuisca alla formazione dello smog fotochimico. Nella tavola degli elementi è definito CO.
Gli idrocarburi durante la combustione interna dei motori ed emessi nell’atmosfera al termine del processo, vengono normalmente definiti nella tavola degli elementi con HC. Il metano che ha una molecola composta da quattro atomi di idrogeno ed una di carbonio è definito CH4. Il metano non viene considerato tossico perché prodotto naturalmente dai processi naturali che regolano il pianeta. Le emissioni considerate tossiche sono conseguenza di tutte quelle trasformazioni chimiche che avvengono dopo la combustione prodotta, ad esempio, dai motori diesel e dalle caldaie a cherosene : gli idrocarburi che bruciano producono particelle di materia particolata come la fuliggine, comunemente definita smog e tipica delle aree metropolitane. Il monossido di carbonio è uno dei gas più tossici conosciuti, letale anche in piccole quantità se respirato da forme di vita animale.
Monossido di azoto: emesso dai motori, da combustioni in generale ossida velocemente nel diossido di nitrogeno. Nella tabella degli elementi NO.
Diossido di azoto: è un catalizzatore per lo smog fotochimico, di colore giallo tendente al marrone. Nella tabella degli elementi NO2. L’azoto si lega facilmente ad alte temperature con l’ossigeno creando diversi tipi di ossidi soprattutto ad alte temperature di combustione.
Formaldeide: prodotta in notevoli quantità nei motori a miscela povera, fa parte di quei gas ritenuti molto tossici e regolamentati sempre più a livello di emissioni da governi e agenzie per l’ambiente. La lunga esposizione può essere causa di gravi patologie. Nella tabella degli elementi CH2O.
Diossido di zolfo: viene prodotto dalla combustione in presenza di acido solfidrico (H2S), ha un odore pungente, è incolore e può produrre acido solforico. Emesso da motori e caldaie è l’elemento che contribuisce maggiormente al fenomeno delle piogge acide. L’elevata concentrazione di H2S nel combustibile creerà problemi di corrosione anche nelle parti metalliche del motore. Nella tabella degli elementi SO2.
I due tipi di smog
- Smog a particolato: smog che si riscontra in giornate umide e fredde producendo nebbie e fumo. Viene riscontrato quando le particelle di particolato rimangono sospese a mezz’aria a causa della bassa pressione.
- Smog fotochimico: smog che si riscontra in giornate soleggiate, calde e secche. Incubo dell’era moderna nella metropoli e megalopoli dove ,con l’arrivo dei raggi solari sulla superficie terrestre, si crea una foschia generata dall’accelerazione delle molecole di ossigeno che si trasformano in ozono. L’ozono legandosi ai diversi gas regolatori presenti in eccesso nell’atmosfera ne accentuerà l’effetto dannoso per la vita terrestre.
